Квантовый световой двигатель связывает термодинамику атомов и фотонов с классической физикой

Что такое тепло и что такое полезная работа, если машина состоит только из атома и частиц света? В современных квантовых технологиях подобные вопросы связывают термодинамику с квантовой физикой. Учёные из Базельского университета в Швейцарии разработали теоретический подход, который позволяет примирить обе теории. Задача, стоящая перед физиками, заключается в поиске подхода к описанию таких систем, который работал бы как для полностью квантово-механической системы, так и в полуклассическом пределе. Последний представляет собой предельный случай, когда одна часть системы рассматривается квантово-механически, а для другой части достаточно классической физики. Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Новый эксперимент позволяет различить два конкурирующих объяснения поведения глюонов внутри атомных ядер

Исследование, проведенное в рамках эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере ЦЕРН и опубликованное в журнале Physical Review Letters, сообщает о первом многомерном измерении некогерентного фотоядерного образования J/ψ в зависимости от энергии взаимодействия и передаваемого импульса. На сегодняшний день это измерение дает наиболее четкое представление о том, как глюоны, частицы, связывающие кварки, располагаются внутри атомных ядер при высоких энергиях.

Секрет квантового поведения водорода кроется в симметрии

В статье, недавно опубликованной в журнале Nature Communications, учёные из Института промышленных наук Токийского университета обнаружили ключевой элемент головоломки с водородом (ведет себя по-разному в присутствии ванадия). Объединив измерения структуры и диффузии водорода с квантово-механическими расчетами, было выяснено, что именно кристаллическая симметрия определяет как ведёт себя водород внутри ванадия — как квантовая волна или как классическая частица.

Сверхбыстрая сканирующая туннельная микроскопия впервые достигает квантово-механического пространственно-временного предела

Физики обнаружили, что местоположение и временная эволюция электрона не могут быть измерены одновременно с произвольной точностью. Этот так называемый пространственно-временной предел имеет важное значение для будущих применений. Работа опубликована в журнале Nature Photonics.

Впервые обнаружена высокая степень квантовой запутанности в кристалле странного металла размером в несколько сантиметров

Экспериментаторы из Венского технического университета исследовали кристалл так называемого странного металла размером в несколько сантиметров, и обнаружили высокую степень квантовой запутанности. Это стало возможным благодаря четко определенному методу — квантовой информации Фишера. Данная работа устанавливает новый мост между физикой твердого тела и квантовой физикой: квантовую запутанность можно непосредственно количественно оценить в макроскопическом материале типа странного металла. Статья опубликована в журнале Nature Physics.

Индуцированное светом квантовое трение углеродных нанотрубок в воде

Группа исследователей из Бохума, Германия, неожиданно обнаружила, что свет может замедлять движения в наномире. Это связано с квантовым трением — явлением, которое до сих пор было плохо изучено. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Ожидалось, что свет будет нагревать частицы или приводить их в движение. Однако, в водном растворе флуоресцентные углеродные нанотрубки движутся гораздо медленнее после облучения светом. В ходе этого процесса константа диффузии уменьшается с увеличением интенсивности света, что связано с прямой связью между электронами в твердом теле и молекулами жидкости.

Фотоиндуцированные переходы металл-изолятор в двумерных муаровых устройствах

Переключаясь между различными физическими состояниями, многие квантовые материалы претерпевают так называемые фазовые переходы, которые изменяют в них характер движения электронов. Ранее в квантовых материалах был продемонстрирован переход от изоляционных состояний к металлическим состояниям посредством фотовозбуждения (т.е. возбуждением электронов с помощью света). Однако обратный переход (используя только свет), от металлического к изоляционному состоянию, до сих пор было трудно осуществить. Исследователи из Колумбийского университета в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Риверсайде недавно продемонстрировали сверхбыстрый фотоиндуцированный переход металл-изолятор в двумерных (2D) муаровых гетероструктурах — квантовых материалах, состоящих из 2D-слоев, расположенных друг над другом с небольшим смещением между ними. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, может открыть новые захватывающие перспективы для развития квантовых технологий и сверхбыстрых оптических устройств.

Экспериментальное усиление случайности

Учёные из Цюрихского технологического института (ETH) под руководством Ренато Реннера и Андреаса Вальраффа из физического факультета продемонстрировали, как можно усилить случайность с помощью квантовой физики. Их результаты, опубликованные в журнале Nature, представляют собой важный этап в этой области.

Лазерно-индуцированное зарождение хопфионов в хиральном магните

В работе, опубликованной в журнале Nature Physics, шведско-немецко-люксембургско-китайская группа учёных обнаружила магнитные хопфионы. Эксперименты проводились на хиральных магнитных кристаллах. Физики изучали тонкие пленки железа-германия (FeGe) толщиной около 110–200 нанометров. Прорыв стал возможен благодаря использованию фемтосекундных лазерных импульсов.

Квантовый ключ к пониманию хаоса позволяет передавать изображения через сложные среды с использованием квантовой запутанности

Точная передача пространственной информации, такой как изображение объекта, является серьезной проблемой в современной оптике. Однако эта задача усложняется, как только свет проходит через неупорядоченные среды, такие как биологические ткани, атмосферная турбулентность или многомодовые оптические волокна. В таких условиях рассеяние искажает информацию, делая итоговое изображение совершенно нечитаемым. Учёные из Института нанонаук в Париже, лаборатории Кастлера-Бросселя и Университета Глазго разработали инновационный метод, который делает рассеивающую среду прозрачной исключительно для информации, переносимой запутанными парами фотонов, в то время как та же среда остается полностью непрозрачной для классического света. Их работы опубликованы в журналах Optica и Nature Physics.